菌渣厭氧發酵制取沼氣研究

王艷芹等

摘要：以酒糟菌渣為原料，在實驗室內利用自行設計的發酵裝置進行了批次發酵試驗，探討了菌渣厭氧發酵的產沼潛力及影響因素，并在農戶沼氣池內進行了應用試驗。結果表明：菌渣經過適當處理可實現高效發酵產出沼氣，原料產氣率可達0.133 m3/kg干物質，產氣潛力約為秸稈的一半，但菌渣產沼氣具有預處理方式簡便、啟動迅速等優點。菌渣產沼氣的最佳參數為：將菌渣和牛糞以7∶3的配比（以干物重計）制作發酵原料，發酵原料、沼液、水以5∶3∶2的比例（按重量計）混合，堆漚預處理3～5 d后，投入發酵裝置，添加10%的雞糞沼液為接種物啟動發酵。菌渣用于農戶沼氣池發酵產氣可行，氣溫較高的季節可滿足農戶日常生活所需，應用時宜采取分批進料方式。

關鍵詞：菌渣；厭氧發酵；沼氣

中圖分類號：S216.4文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2014）02-0077-05

在食用菌生產中會產生大量廢棄栽培料即菌渣，若按70%生物效率計算，我國每年約有600多萬噸食用菌廢料[1]。由于菌渣再利用技術的缺乏，大量菌渣被隨意堆放丟棄[2]，易滋生有害生物，威脅食用菌生產并對環境造成新的污染。菌渣中含有大量未被利用的有機物和營養物質，如蛋白質、氨基酸、菌類多糖及Fe、Ca、Zn、Mg等微量元素和維生素等[3]，有些營養成分甚至高于原生培養料，目前用于二次種菇的研究較多，如金針菇菌渣栽培平菇等[4]。菌渣如作為生物能源的原料制取沼氣，可以改善農村的能源結構和衛生條件，提高農民生活質量，促進農民持續增收節支[5]，既能緩解食用菌生產原料成本高、菌林和菌牧矛盾加劇等問題而實現菌糠的再次利用，又能減少對環境的破壞和污染，實現資源循環利用。

食用菌生產栽培料主要以棉子殼、鋸木屑、稻草、玉米芯、酒糟及農作物秸稈等農副產品為主，菌渣的成分也和秸稈類似。此外殘留菌絲還可提供大量速溶養分，完全可以作為沼氣發酵的原料，但目前以菌渣為原料進行沼氣發酵的研究較少。李亞冰等[6]以批量發酵的方式進行了食用菌菌糠發酵產沼氣試驗，菌糠可以作為沼氣發酵原料，添加尿素可以顯著提高沼氣產氣量。程輝彩等[7]以平菇菌糠為原料，試驗研究了有機負荷、碳氮比、pH值等因素對沼氣發酵的影響。本研究以廢棄雞腿菇菌渣為發酵原料，在本所實驗室內利用自行設計的發酵裝置進行了批次發酵試驗，探討了菌渣厭氧發酵的產沼潛力及影響因素，并在農戶沼氣池內進行了應用試驗，取得了較好的效果。

1材料與方法

1.1供試材料

以酒糟為主料栽培雞腿菇后的廢棄菌渣，取自山東省平陰縣雞腿菇種植戶；新鮮奶牛糞取自山東省農業科學院畜牧獸醫研究所奶牛研究中心，接種物為發酵良好的雞糞沼液。

發酵原料的理化性質見表1。雞腿菇菌渣的碳氮比與秸稈的（65%～85%）相比較低，說明在蘑菇生長過程中通過白腐菌的分解，利用了大約一半的有機成分，因此預測總的產氣潛力低于作物秸稈。

1.3試驗設計

試驗基本流程：菌渣去除覆土后充分搗碎。稱取一定重量的菌渣，分別加入一定數量的沼液和水浸濕，充分混合后裝入塑料桶內密封進行堆漚預處理。經過一定時間的堆漚預處理后，將其裝入發酵瓶進行厭氧發酵。發酵瓶每瓶裝料1.0 kg，根據試驗設置加入不同比例的沼液作為接種物，加水至2 L定容。接種物采用發酵良好的以雞糞為原料的沼氣池內沼液。發酵期間每日測定產氣量，擇時測定pH值。每組試驗做2個平行樣品，結果取平均值。實驗室試驗時間為2012年4～9月。

1.3.1預處理堆漚時間試驗粉碎好的菌渣加沼液和水浸濕，裝入塑料桶內密封堆漚，菌渣、沼液、水的重量比為5∶3∶2。堆漚期間每天攪拌1次，堆漚時間分別為1、3、5、7、10 d。

1.3.2碳氮比調節試驗以牛糞為外加氮源，將其與菌渣以不同的比例混合預處理5 d后入瓶發酵。以干物質重計，分別為100%菌渣、90%菌渣+10%牛糞、80%菌渣+20%牛糞、70%菌渣+30%牛糞。發酵原料（菌渣+牛糞）、沼液、水的質量比為5∶3∶2。

1.3.3接種物濃度試驗 粉碎好的菌渣不經過堆漚，直接裝料入瓶，并分別加入總物料重量比10%、20%、30%、50%的沼液作為接種物，考察不同接種量對于沼氣產量和啟動速度的影響。

1.3.4戶用沼氣池應用試驗在山東省平陰縣種植雞腿菇的村莊，選取3口戶用沼氣池，對酒糟菌渣進行堆漚預處理后入池發酵。沼氣池容積10 m3，每池裝料1 000 kg。菌渣去除覆土后充分搗碎；在菌渣底部鋪一層塑料薄膜，將菌渣分層碼堆，一層沼液一層水把菌渣潑濕；菌渣、水、沼液的比例約為5∶2∶1；預處理后手感潮濕。用塑料薄膜蓋住堆漚5 d，堆漚期間每日翻堆1次；將堆漚后的菌渣入池，加入沼液1.5 m3作為接種物，加水至池容的70%左右，攪拌均勻封蓋后開始發酵。試驗時間為2012年8～11月。

1.4測定指標

pH值：BANTE220便攜式pH計。

產氣量：實驗室試驗產氣量以排水法計量，根據產氣量多少每日測定1～2次。戶用沼氣池產氣量以燃氣表計量，每日計量1次。

2結果與分析

2.1試驗期間室溫的變化情況

試驗中菌渣在常溫情況下厭氧發酵，每日9時和15時測定實驗室內溫度，取其平均值（圖2）。本次發酵試驗跨度達6個月，期間屬于當地氣溫較高季節，溫度適宜厭氧沼氣發酵。試驗期間最高室溫31.5℃，最低室溫10℃，最高日溫差達8℃，短時間內溫度變化幅度過大可能對發酵微生物造成不利影響。

3結論

3.1雞腿菇菌渣經過適當的處理可實現高效發酵產沼氣，最高產沼氣75.69 L（裝料1 kg菌渣），原料產氣率可達0.133 m3/kg干物質，產氣潛力約為秸稈的一半，但菌渣產沼具有預處理方式簡便、啟動迅速等優點。endprint

3.2雞腿菇菌渣產沼的最佳參數為：將菌渣和牛糞以7∶3的比例（以干物重計）配比發酵原料，以重量比5∶3∶2將發酵原料、沼液、水混合攪拌均勻，堆漚預處理3～5 d后投入發酵裝置，添加10%的雞糞沼液為接種物啟動發酵。

3.3菌渣用于戶用沼氣池發酵產氣可行，氣溫較高的季節可滿足農戶日常生活所需，應用時宜采取分批進料的方式。

參考文獻：

[1]陳君琛，沈恒勝，湯葆莎，等.食用菌菌糠再利用技術研究[J].中國農學通報，2006，22（11）：410-412.

[2]孫建華，袁玲，張翼.利用食用菌菌渣生產有機肥料的研究[J].中國土壤與肥料，2008，1：52-55.

[3]王德漢，項錢彬，陳廣銀.蘑菇渣資源的生態高值化利用研究進展[J].有色冶金設計與研究，2007，28（2～3）：262-266.

[4]王慶武，安秀榮，李秀梅，等.金針菇菌渣栽培平菇配方試驗[J].山東農業科學，2012，44（9） ：56-58.

[5]張昌愛，沈玉文，林海濤，等.草莓大棚內沼氣池的生態效益分析[J].山東農業科學，2012，44（10）：84-88.

[6]李亞冰，張麗萍，史延茂，等.利用菌糠厭氧發酵生產沼氣初步研究[J].江蘇農業科學，2009，1：306-308.

[7]程輝彩，張麗萍，崔冠慧，等.平菇菌糠發酵生產沼氣技術研究[J].中國食用菌，2010，29（5）：46-49.

[8]勞家檉著.土壤農化分析手冊[M].北京：農業出版社，1988，229-298.

[9]艾平，張衍林，盛凱，等.稻秸厭氧發酵產沼氣預處理[J].農業工程學報，2010，26（7）：266-271.

[10]Xie S，Lawlor P G，Frost J P，et al. Effect of pig manure to grass silage ratio on methane production in batch anaerobic co-digestion of concentrated pig manure and grass silage[J].Bioresource Technology，2011，102（10）：5728-5733.

[11]劉戰廣，朱洪光，王彪，等.糞草比對干式厭氧發酵產沼氣效果的影響[J].農業工程學報，2009，25（4）：196-199.endprint

3.2雞腿菇菌渣產沼的最佳參數為：將菌渣和牛糞以7∶3的比例（以干物重計）配比發酵原料，以重量比5∶3∶2將發酵原料、沼液、水混合攪拌均勻，堆漚預處理3～5 d后投入發酵裝置，添加10%的雞糞沼液為接種物啟動發酵。

3.3菌渣用于戶用沼氣池發酵產氣可行，氣溫較高的季節可滿足農戶日常生活所需，應用時宜采取分批進料的方式。

參考文獻：

[1]陳君琛，沈恒勝，湯葆莎，等.食用菌菌糠再利用技術研究[J].中國農學通報，2006，22（11）：410-412.

[2]孫建華，袁玲，張翼.利用食用菌菌渣生產有機肥料的研究[J].中國土壤與肥料，2008，1：52-55.

[3]王德漢，項錢彬，陳廣銀.蘑菇渣資源的生態高值化利用研究進展[J].有色冶金設計與研究，2007，28（2～3）：262-266.

[4]王慶武，安秀榮，李秀梅，等.金針菇菌渣栽培平菇配方試驗[J].山東農業科學，2012，44（9） ：56-58.

[5]張昌愛，沈玉文，林海濤，等.草莓大棚內沼氣池的生態效益分析[J].山東農業科學，2012，44（10）：84-88.

[6]李亞冰，張麗萍，史延茂，等.利用菌糠厭氧發酵生產沼氣初步研究[J].江蘇農業科學，2009，1：306-308.

[7]程輝彩，張麗萍，崔冠慧，等.平菇菌糠發酵生產沼氣技術研究[J].中國食用菌，2010，29（5）：46-49.

[8]勞家檉著.土壤農化分析手冊[M].北京：農業出版社，1988，229-298.

[9]艾平，張衍林，盛凱，等.稻秸厭氧發酵產沼氣預處理[J].農業工程學報，2010，26（7）：266-271.

[10]Xie S，Lawlor P G，Frost J P，et al. Effect of pig manure to grass silage ratio on methane production in batch anaerobic co-digestion of concentrated pig manure and grass silage[J].Bioresource Technology，2011，102（10）：5728-5733.

[11]劉戰廣，朱洪光，王彪，等.糞草比對干式厭氧發酵產沼氣效果的影響[J].農業工程學報，2009，25（4）：196-199.endprint

3.2雞腿菇菌渣產沼的最佳參數為：將菌渣和牛糞以7∶3的比例（以干物重計）配比發酵原料，以重量比5∶3∶2將發酵原料、沼液、水混合攪拌均勻，堆漚預處理3～5 d后投入發酵裝置，添加10%的雞糞沼液為接種物啟動發酵。

3.3菌渣用于戶用沼氣池發酵產氣可行，氣溫較高的季節可滿足農戶日常生活所需，應用時宜采取分批進料的方式。

參考文獻：

[1]陳君琛，沈恒勝，湯葆莎，等.食用菌菌糠再利用技術研究[J].中國農學通報，2006，22（11）：410-412.

[2]孫建華，袁玲，張翼.利用食用菌菌渣生產有機肥料的研究[J].中國土壤與肥料，2008，1：52-55.

[3]王德漢，項錢彬，陳廣銀.蘑菇渣資源的生態高值化利用研究進展[J].有色冶金設計與研究，2007，28（2～3）：262-266.

[4]王慶武，安秀榮，李秀梅，等.金針菇菌渣栽培平菇配方試驗[J].山東農業科學，2012，44（9） ：56-58.

[5]張昌愛，沈玉文，林海濤，等.草莓大棚內沼氣池的生態效益分析[J].山東農業科學，2012，44（10）：84-88.

[6]李亞冰，張麗萍，史延茂，等.利用菌糠厭氧發酵生產沼氣初步研究[J].江蘇農業科學，2009，1：306-308.

[7]程輝彩，張麗萍，崔冠慧，等.平菇菌糠發酵生產沼氣技術研究[J].中國食用菌，2010，29（5）：46-49.

[8]勞家檉著.土壤農化分析手冊[M].北京：農業出版社，1988，229-298.

[9]艾平，張衍林，盛凱，等.稻秸厭氧發酵產沼氣預處理[J].農業工程學報，2010，26（7）：266-271.

[10]Xie S，Lawlor P G，Frost J P，et al. Effect of pig manure to grass silage ratio on methane production in batch anaerobic co-digestion of concentrated pig manure and grass silage[J].Bioresource Technology，2011，102（10）：5728-5733.

[11]劉戰廣，朱洪光，王彪，等.糞草比對干式厭氧發酵產沼氣效果的影響[J].農業工程學報，2009，25（4）：196-199.endprint